航空航天器运动的建模 飞行动力学的理论基础PDF电子书下载

第1章 飞行动力学引论 1

1.1 飞行动力学是航空航天技术的基础理论学科之一 1

1.2 飞行动力学的几个特点 1

1.3 面向对象的飞行动力学 2

1.3.1 飞机飞行动力学的主要内容［1～7］ 2

1.3.2 机动导弹飞行动力学的主要内容 3

1.3.3 轨道动力学的主要内容 3

1.3.4 航天器姿态动力学的主要内容 3

1.4 飞行动力学的方法 4

第2章 坐标变换的原理和方法 6

2.1 矢量运算与矩阵运算的关系 6

2.1.1 矢量与分量列阵 6

2.1.2 矢量运算的矩阵表示法 7

2.2 坐标变换 8

2.2.1 坐标变换矩阵 8

2.2.2 基元旋转矩阵 9

2.2.3 坐标变换的一般情况 10

2.2.4 坐标变换矩阵的传递性质 11

2.2.5 由两矢量的分量列阵求坐标变换矩阵 12

2.3 张量矩阵的坐标变换 13

2.3.1 张量及张量分量矩阵 13

2.3.2 张量分量矩阵的坐标变换 13

2.3.3 矢量的叉乘矩阵的变换 14

2.4 坐标系旋转的效应 15

2.4.1 在旋转坐标系中矢量的导数 15

2.4.2 变换矩阵的变化率 16

3.1.1 基本假设 18

3.1.2 速度三角形 18

第3章 平面大地情况下飞行器的运动方程 18

3.1 预备知识 18

3.2 坐标系和运动变量的定义 19

3.2.1 关于坐标系的一般说明 19

3.2.2 地面坐标系 19

3.2.3 本体坐标系 19

3.2.4 气流坐标系 20

3.2.5 航迹坐标系 21

3.2.6 坐标系的综合关系及补充说明 22

3.3 飞行器的质心运动方程 23

3.3.1 飞行器质心运动方程的一般形式 23

3.3.2 在地面坐标系中的运动方程 25

3.3.3 在本体坐标系中的运动方程 25

3.3.4 在航迹坐标系中的运动方程 26

3.4 飞行器的旋转运动方程 27

3.4.1 飞行器旋转运动的动力学方程 27

3.4.2 飞行器旋转运动的运动学方程 28

3.4.3 姿态表示和运动学方程的多种方式的讨论 29

3.5 其他补充方程 30

3.5.1 质量和惯量特性 30

3.5.2 发动机推力特性 31

3.5.3 空气动力特性 31

3.6 大气的模型 33

3.6.1 USSA76模型 33

3.6.2 CIRA模型 37

4.1 坐标系和运动变量的定义 38

4.1.1 地心赤道惯性坐标系 38

第4章 圆球形大地情况下飞行器的运动方程 38

4.1.2 地心亦道旋转坐标系 39

4.1.3 当地铅垂坐标系 40

4.1.4 本体坐标系 40

4.1.5 气流坐标系 41

4.1.6 航迹坐标系 41

4.1.7 各坐标系的综合关系 42

4.2 飞行器质心运动方程 42

4.2.1 质心运动的动力学方程的矢量形式 42

4.2.2 在当地铅垂坐标系中的质心运动方程 44

4.2.3 在航迹坐标系中的质心运动方程 46

4.2.4 几个特殊情况 48

4.3 飞行器的旋转运动方程 50

4.3.1 运动学方法 50

4.3.2 几何学方法 50

第5章 椭球形地球情况下的飞行器运动方程 52

5.1 地球的参考椭球模型 52

5.1.1 参考椭球的几何性质 52

5.1.2 椭球形地球的引力 53

5.1.4 关于参考坐标系的选择与讨论 55

5.1.3 补充坐标系 55

5.2 以地面坐标系为参考基准的飞行器质心运动方程 56

5.2.1 地面坐标系 56

5.2.2 质心运动的动力学方程 57

5.2.3 质心运动学方程及其他关系 58

5.3 飞行器的转动方程 59

5.3.1 以Euler角表示姿态时的转动方程 59

5.3.2 四元数的应用 61

5.4.1 坐标系定义的两个特点 63

5.4 运载火箭的运动方程的特殊点 63

5.4.2 火箭的质心运动方程 64

5.4.3 火箭的转动运动方程 66

5.5 惯性导航方程 69

5.5.1 一般原理 69

5.5.2 捷联惯导系统的原理 70

5.5.3 平台惯导系统 71

6.1.2 Kepler轨道的三个常数 75

6.1.1 Kepler运动的微分方程 75

第6章 空间飞行器的运动特性 75

6.1 在轨道平面内考察Kepler轨道 75

6.1.3 轨道方程 77

6.1.4 速度及其分量 79

6.1.5 沿Kepler轨道运动的时间历程 80

6.1.6 轨道周期 81

6.2 在惯性空间观察的Kepler轨道 82

6.2.1 轨道要素 82

6.2.2 轨道运动状态量的变换 83

6.3.1 轨道摄动的概念 86

6.3 轨道摄动的概念和方程 86

6.3.2 轨道摄动方程 87

6.4 轨道摄动的主要效果 91

6.4.1 地球扁率的摄动效果 91

6.4.2 地球大气的摄动效果 94

6.4.3 一般情况下的轨道计算 97

6.5 航天器的姿态运动方程 98

6.5.1 航天器姿态的定义 98

6.5.2 引力梯度力矩 99

6.5.3 航天器姿态运动的方程 101

第7章 飞行器运动方程的线性化 103

7.1 飞行器运动方程线性化的一般介绍 103

7.2 线性化的纵向运动方程 105

7.3 线性化的横侧向运动方程 108

7.4 线性化的运动方程的应用 110

第8章 飞行器的相对运动 113

8.1 一般原理 113

8.1.1 飞行器的相对轨迹问题 113

8.1.2 飞行器的相对姿态运动 114

8.2 航天器的近距离相对运动 118

8.2.1 相对运动的矢量方程 118

8.2.2 在轨道坐标系中的相对运动方程 119

8.2.3 相对运动方程的解 120

8.2.4 航天器伴随运动性质 121

8.2.5 推广 123

8.3 相对运动高等理论 124

8.3.1 矢量的一阶相对导数 124

8.3.2 矢阵的导数 125

8.3.3 矢量的二阶相对导数 126

第9章 四元数的理论及应用 128

9.1 四元数的定义和性质 128

9.2 用四元数表示坐标系的旋转 130

9.3 以四元数表示刚体的有限转动 131

9.4 由四元数构成坐标变换矩阵 131

9.5 三个或更多坐标系的关系 134

9.6 四元数与Euler角的关系 135

9.7 以四元数表示的运动学方程 136

10.1 微分方程组的数值解法 139

第10章 飞行器运动的数值仿真 139

10.2 飞行器运动仿真的程序实例 141

10.3 飞行仿真中的可视化问题 150

10.3.1 飞行仿真的可视化 150

10.3.2 一般方程 151

10.3.3 对象点在大地坐标系中的位置的表达方式 153

10.3.4 观察坐标系的位置和姿态的表达方式 154

10.3.5 情况的组合 155

10.3.6 平行投影 155

10.3.7 航天器运动仿真的可视化的特殊问题 156